Smarter Retrofit einer Lüftungsanlage

Der Stiftskeller liegt mitten im alten Stadtzentrum von Beutelsbach. Dazu gehören eine Turnhalle mit Duschen und Umkleiden, die von der naheliegenden Schule genutzt wird, ein Kino sowie ein großer Gewölbekeller, in dem Veranstaltungen stattfinden. Diese Räume werden von einer im Kellerraum liegenden Lüftungsanlage mit Außenluft versorgt, die bisher mit riemengetriebenen Ventilatoren ausgestattet war. Diese konnten mit nur zwei Stufen geregelt werden. Aufgrund der oft wechselnden Auslastung der Räume – beispielsweise von einem leeren zu einem voll belegten Kinosaal – bot dies einen großen Hebel für mehr Effizienz. Die Stadt Weinstadt beauftragte daher ein Ingenieurbüro sowie die Firma Pfänder GmbH damit, eine energiesparende und wirtschaftliche Lösung zu finden.

Wunsch der Stadt war zunächst nur die Modernisierung der Steuerung. „Das wäre auch kein Problem gewesen – der Schaltschrank der Anlage war in sehr gutem Zustand. Allerdings hätte sich das Energiesparpotenzial aufgrund der alten, riemengetriebenen Ventilatoren in Grenzen gehalten“, so Lukas Pfänder, Geschäftsführer der Pfänder GmbH. Da Lukas Pfänder bereits einige erfolgreiche Retrofit-Projekte in Zusammenarbeit mit dem ebm-papst Service Center Breuell & Hilgenfeldt umgesetzt hatte, schlug er für den Stiftskeller ebenfalls ein Retrofit vor. Zur Auswahl kam eine Plug-and-play-Lösung, um die Zu- und Abluftgeräte der Lüftungsanlage wirtschaftlich zu modernisieren und die Leistungsaufnahme der Ventilatoren zu reduzieren.

Retrofit mit Fokus auf Luftqualität

Breuell & Hilgenfeldt berechnete die geforderte Leistung und schlug acht „Radifit“-EC-Radialventilatoren als Ersatz vor. Doch die speziellen Anforderungen des Stiftskellers – die schnell wechselnde Auslastung und damit auch Bedarf an Frisch­luft – brachten die Planer von Breuell & Hilgenfeldt und Pfänder auf die Idee, die Lüftungsanlage zusätzlich mit Sensoren und Gateways auszustatten, um den Bedarf konstant zu überwachen und dementsprechend zu regeln. Mit diesem Vorschlag wandten sie sich an Ralf Braun, Sales Director Germany und Ansprechpartner für ebm-papst neo. Das Start-Up des Ventilatorspezialisten ebm-papst bietet intelligente Lösungen für datenbasierte Gebäude an. Braun war sofort von der Idee überzeugt, da eine bedarfsgerechte, sensorbasierte Regelung noch weiteres Energiesparpotenzial erschließen würde – zusätzlich zu den bereits neuen Ventilatoren.

Kompakte EC-Radialventilatoren

Das vorrangige Ziel des Retrofits war die Einsparung von Energie, weshalb die Wahl auf den „Radifit“-EC-Radialventilator fiel. Aufgrund seiner kompakten Maße passte er zu den Einbaumessungen der alten Ventilatoren und konnte daher platzsparend, einfach und schnell montiert werden, wie das Installationsunternehmen berichtet. Da er als Plug-and-play-Konstruktion geliefert wird, war auch der Anschluss der Elektronik kein Problem. Der Ventilator verfügt über ein Spiralgehäuse und rückwärts gekrümmte Schaufeln, was einen hohen Druckaufbau ermöglicht und für ein hohes Maß an Effizienz sorgt. Zudem ist „Radifit“ wartungsfrei, was Betriebs- und Lebenszykluskosten weiter senkt. Davon profitieren der zuständige Hausmeister und die Stadt gleichermaßen. „Durch die hohe Effizienz amortisiert sich die Umrüstung außerdem besonders schnell“, hebt Braun hervor. Mit den acht neuen Radifit veranschlagten die Planer und Lukas Pfänder bereits 60 % Energieeinsparung.

Energiesparen mit EC-Technologie

„Dieser Wert kommt vor allem durch den ‚Greentech‘- EC-Motor des ‚Radifit‘ zustande. Schon allein durch den Wirkungsgrad von über 90 % sind solche hohen Einsparungen möglich“, so Braun und weiter: „Denn die alten, riemengetriebenen AC-Ventilatoren konnten nur An oder Aus gestellt werden, unabhängig von der tatsächlichen Auslastung der unterschiedlichen Räume lief die Anlage also immer mit zu viel Leistung, selbst wenn ein geringerer Luftstrom für den tatsächlichen Frischluftbedarf ausreichend gewesen wäre.“ Der neue, kommunikationsfähige EC-Ventilator ist hingegen stufenlos zwischen 0 und 100 % regelbar. So können die Ventilatoren bedarfsgerecht jede Drehzahl annehmen und bei jedem Betriebspunkt mit einer möglichst geringen Leistungsaufnahme arbeiten. Damit ergeben sich Einsparpotenziale, denn die Leistungsaufnahme steigt oder sinkt in der dritten Potenz zur Drehzahl (P~n³). Wenn also die Drehzahl im Vergleich zur Nenndrehzahl um die Hälfte reduziert wird, verringert sich die Leistungsaufnahme um den Faktor 8 und beträgt somit nur noch 12,5 % der Nennleistung – eine Einsparung von über 80 %.

Bedarfsgerechte Steuerung mit Sensoren

Der zweite Teil des Retrofits beinhaltete die Überarbeitung der Steuerung. Denn noch effizienter wird es, wenn der Bedarf an Außenluft exakt ermittelt und dementsprechend automatisch geregelt wird. Die wechselnden Bedingungen des Stiftskellers boten dafür gute Voraussetzungen. „Die Turnhalle ist die Hälfte des Tages ungenutzt. Hat dort aber eine Schulklasse Sportunterricht, steigt der CO₂-Gehalt an und die Lüftungsanlage muss einen größeren Außenluftanteil liefern. Nach dem Unterricht werden die Duschen und Umkleiden genutzt, wodurch die Temperatur und Luftfeuchtigkeit dort schlagartig ansteigen“, erklärt Pfänder. Vor diesem Hintergrund wurden Sensoren für CO₂-Gehalt, Feuchtigkeit, Temperatur und Feinstaubkonzentration im Stiftskeller eingesetzt. Die gemessenen Werte werden an die „Intelligate Air Gateways“ von ebm-papst neo gesendet, die sie an die Steuerung der Lüftungsanlage weiterleiten. Die Regelung wurde individuell auf den Stiftskeller zugeschnitten und programmiert. Eigens definierte Grenzwerte legen nun fest, wann die Anlage ihre Leistung erhöht und wann sie die Leistung wieder verringert – stufenlos und effizient. Auch individuelle Funktionen wie eine Warnung per E-Mail an den Hausmeister, wenn ein gewisser Wert überschritten wird, wurden eingerichtet. Durch das Zusammenspiel von Sensoren und Anlage lassen sich so über 60 % Energieeinsparung erzielen und zudem eine hohe Luftqualität einrichten.